Dinamica strutturale

La caratterizzazione dinamica delle strutture ha assunto negli ultimi anni sempre maggiore importanza sia in relazione alla diversa tipologia strutturale delle costruzioni moderne, legata ad un più razionale utilizzo dei materiali con migliori caratteristiche di resistenza meccanica, sia al moltiplicarsi delle fonti di vibrazione, in special modo quelle antropiche.

La conoscenza del comportamento dinamico delle strutture, o di componenti strutturali, ha una importanza rilevante come elemento d’ausilio alla progettazione e come efficace strumento di verifica. In generale, alle indagini dinamiche ci si riferisce col termine di analisi modale. Per mezzo dell’analisi dinamica modale (classica o operativa), è possibile caratterizzare una struttura per quel che riguarda le sue caratteristiche di comportamento elastico: frequenze proprie di vibrazione, coefficienti di smorzamento e modi propri di vibrazione.

Quando una sorgente di natura dinamica, come ad esempio il sisma, agisce su di una struttura,  fornisce alla stessa un certo quantitativo di energia (energia di input) e la struttura risponde iniziando ad oscillare con una deformata più o meno complessa. Se la risposta strutturale è in campo elastico lineare, come è per le condizioni operative, è noto che tale deformata è pari ad una combinazione pesata delle deformate corrispondenti ai modi di vibrare propri della struttura stessa (principio della sovrapposizione modale). Di tutto lo spettro delle frequenze contenute in una generica sorgente dinamica che investe la struttura (escludendo il caso di una forzante armonica in cui la struttura si trova nelle condizioni di risposta forzata o a regime), questa risponde solo in corrispondenza di alcune frequenze, le sue frequenze proprie di vibrazione, corrispondenti ai propri modi naturali di vibrare (risposta in oscillazioni libere). Una volta note le proprietà dinamiche, è possibile identificare il comportamento della struttura nel suo ambiente operativo, la si può controllare, ottimizzare, vederne le criticità e prevedere l’entità dell’ azione dinamica provocata per effetto di un sisma atteso per il determinato sito su cui la struttura è costruita.

Le vibrazioni sugli edifici possono essere causa, oltre che di disturbo per le persone, anche di riduzione della efficienza operativa degli stessi, fino a condizioni di pericolo per la loro integrità architettonica e strutturale, oltre essere causa di malfunzionamento degli impianti ed apparecchiature presenti al loro interno. In tal senso il monitoraggio dinamico del manufatto consente di rilevare eventuali modificazioni nella risposta dinamica in termini di parametri modali ed avviare quindi processi ispettivi per verificare l'entità e la localizzazione del danno (Structural Health Monitoring).  Mediante software specializzati è possibile "inseguire" le frequenze proprie della struttura (frequency tracking method) nel tempo e operare un continuo confronto con quelle determinate con l'analisi modale iniziale. Tali software consentono anche la determinazione delle velocità a partire dalle misure accelerometriche acquisite dai sensori e pertanto, in accordo con la normativa DIN 4150, la definizione dell'eventuale danno subito dalle stesse a seguito di eventi sismici. 

Per la valutazione del disturbo alle persone le linee guida per la tipologia di indagine dinamica da condurre, sono dettate dalle normative ISO 2631 e UNI 9914, mentre per la valutazione degli effetti sulle strutture si seguono le normative ISO 4866 e UNI 9916.

In un tale contesto operativo il monitoraggio dinamico si configura anche come fonte di informazione per i progettisti del settore che, a partire dai dati acquisiti durante fenomeni di eccitazione della struttura, possono avere a disposizione la risposta al vero della struttura e lo spettro effettivo che ne ha causato l'eccitazione e l'eventuale danneggiamento.

La ESSEBI ormai da anni sta sviluppando con nuove implementazioni questa linea applicativa, unita a quella dell'analisi modale operativa effettuata per conoscere la risposta dinamica di una struttura, lavorando in collaborazione con Università e società di riferimento, al fine di creare una sorta di eccellenza ad alto profilo tecnico-scientifico.